שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ. תכנית, תיאור

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מקורות אנרגיה חלופיים

הזמן חולף ואיננו יכולים לשלוט בו. במשך אלפי שנים, האדם מנסה לעצור את הזמן, אך, אבוי, כתוצאה מכך הוא רק צופה בהתקדמותו.

שעון השמש הוא מכשיר עתיק המאפשר לעקוב אחר חלוף הזמן. הם היו בשימוש במשך מאות שנים, ונראה שהקסם הטמון בשעוני שמש לעולם לא נמוג. שעוני השמש שאנו משתמשים בהם כיום זהים בעיצובם כמו בעת העתיקה, הם לא השתנו מעט במהלך אלפי השנים האחרונות.

מאמר זה מציג עיצוב חדש לחלוטין המבוסס על העיקרון של שעון שמש. כמו מוצרים ביתיים אחרים, העיצוב שלנו הוא אוטונומי לחלוטין ואינו דורש כוח חיצוני כדי לפעול.

פעולת שעון שמש קלאסי

בשעון שמש קלאסי, הזמן נקבע על ידי צל של גנומון או סיכה שהטיל השמש על מעגל עם מספרים התואמים לשעה ביום (איור 1). המעגל מכוון כך שהצל של הסיכה מציין את השעה הנוכחית ביום.

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ
איור 1

שעוני השמש המחודשים שלנו פועלים בצורה מאוד דומה. שלא כמו שעוני שמש מסורתיים עם בסיס קבוע, לשעונים שלנו יש מנגנון הממוקם על פטיפון. האחרון מחובר לבסיס הקבוע של השעון באמצעות פיר מנוע חשמלי. ניתן לסובב את השולחן על ידי מנוע במהירות נמוכה סביב מעגל בזווית של 360°.

המנוע נשלט על ידי מעגל אלקטרוני מורכב. בניגוד לשעון שמש קלאסי, היתרון של מעגל זה הוא שהאלקטרוניקה קובעת את מיקום הצל ושולטת במנוע, בעקבות השמש.

מעקב אחר השמש

המעגל האלקטרוני מכיל שני חיישני פוטו (פוטו-טרנזיסטורים Q1 ו-Q2) ושני השוואות מתח (IC1 ו-IC2) (איור 2). חיישני פוטו מחוברים בסדרה עם נגדים R1 ו-R2, ויוצרים מחלק מתח, שהאות ממנו נלקח בנקודת החיבור ו-R2.

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ
איור 2

מתח הייחוס למשוואות מסופק ממחלק הנוצר על ידי נגדים R3, R4 ו-R5. כך מתקבל מעגל גשר, שזרוע אחת שלו נוצרת על ידי אלמנטים Q1, R1, R2 ו-Q2, והשנייה על ידי נגדים R3, R4 ו-R5. לזרוע השנייה של הגשר יש מראה יוצא דופן, שכן אות המוצא לא נלקח כאן מנקודה משותפת, כפי שנעשה, למשל, בזרוע הראשונה של הגשר. במקום זאת, שני מתחים שונים מוסרים מהמסופים של הנגד R4.

הפוטנציאל במסוף העליון של הנגד R4 גבוה מהפוטנציאל במסוף התחתון שלו. המתח הגבוה יותר מסופק למשווה IC1, המתח הנמוך יותר ל-IC2. בשל הבדלים במתחי הייחוס, המשווים יפעלו במתחי כניסה שונים.

אם תסתכל מקרוב על הדיאגרמה, תבחין בחיבור "צולב" של המשווים, כלומר הקלט השלילי של IC1 מחובר לקלט החיובי של IC2. זה מוביל להשפעה בלתי צפויה.

כדי להבין את עקרון הפעולה של המעגל, בואו נפעיל מתח על הקלט שלו. נניח שמתח הכניסה נמוך ממתח הייחוס של המשווה IC2. בהסתכלות על המשווה IC1, אנו רואים שהמוצא שלו יופיע בפוטנציאל גבוה מכיוון שהמתח בכניסה הלא-הפוכה שלו גבוה מזה שבכניסה ההפוכה שלו. מצד שני, הפלט של IC2 יהיה שלילי מכיוון שמתח הכניסה ההפוך שלו גדול ממתח אות הכניסה.

ככל שמתח הכניסה עולה, מגיעה נקודה שבה המתח בכניסה הלא-הפוכה של IC2 הופך להיות גדול יותר ממתח הייחוס הנמשך מנגד R5. המשווה IC2 יעבור והפלט שלו יהפוך לחיובי. עם זאת, המשווה IC1 אינו מגיב לשינוי מתח זה מכיוון שהמתח בכניסה שלו גבוה בשליש ממתח הייחוס של המשווה IC2.

כאשר אות הכניסה חורג ממתח הייחוס של המשווה IC2, הפלט שלו ייראה שלילי. שימו לב שמתחי המוצא של שני המשווים זהים (חיוביים) כאשר מתח הכניסה נמצא בין הגבול העליון והתחתון המוגדר על ידי הנגד R4.

השינוי במתח הכניסה תלוי בעוצמת האור הנכנס על הפוטוטרנזיסטורים. כאשר יותר אור נופל על הפוטוטרנזיסטור Q1 מאשר Q2, מתח הכניסה גבוה. כאשר, להיפך, יותר אור נופל על Q2 מאשר על Q1, מתח הכניסה קטן. כאשר שני הפוטוטרנזיסטורים מוארים באופן שווה, האות מקבל את הערך הממוצע בין שני הגבולות.

כונן

על ידי חיבור מנוע חשמלי בין היציאות של המשווים, נוכל למעשה לשלוט בסיבוב שלו באמצעות פוטו-טרנזיסטורים. כפי שהוצג קודם לכן, לשתי היציאות יש פוטנציאל חיובי רק כאשר הפוטוטרנזיסטורים מוארים באופן שווה. עמעום טרנזיסטור Q1 גורם למשוואה IC1 לעבור, מה שגורם לפלט שלו לרדת נמוך בעוד שהפלט של IC2 נשאר גבוה. המנוע יתחיל להסתובב.

לטרנזיסטור Q2 לעמעום יש השפעה הפוכה.

הפלט של IC2 מוגדר נמוך ו-IC1 נשאר גבוה. גם המנוע יתחיל להסתובב, אבל בכיוון אחר. במילים אחרות, המנוע נשלט על ידי הארת הפוטוטרנזיסטורים. כדי למנוע פעולה לא יציבה של המנוע ליד נקודת האפס, נוצר אזור מת על ידי הפעלת מתחי ייחוס שונים על המשווים.

למעשה, המשווה אינו יכול לשלוט ישירות במנוע. כדי להגדיל את הספק המוצא של המשווה, IC3 משמש לשליטה במנוע החשמלי.

מבחינה מבנית, הדגם שלנו מתוכנן בצורה כזו (איור 3) שהגנמון (החלק הנע המרכזי של המכשיר) מצל טרנזיסטור כזה או אחר בהתאם למיקום השמש. המנוע מתחיל לנוע ומסובב את הפטיפון עד ששני הטרנזיסטורים מוארים באותה מידה, במילים אחרות, מכוונים באותה מידה לשמש. עכשיו אתה יכול לקבוע את השעה ביום לפי מיקום הגנומון.

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ
איור 3

לאחר שקראתם בעיון את ההסבר לעיל, אולי שמתם לב שעוצמת האור הנדרשת להפעלת המכשיר לא הייתה מוגבלת בשום צורה. כל עוד שני חיישני הצילום מקבלים את אותה כמות אור, המכשיר כולו במצב מנוחה. ברגע שחיישן צילום אחד יקבל יותר אור מהשני, המנוע יתחיל לנוע.

המשמעות היא ששעון השמש יעקוב אחר השמש גם אם היא מוסתרת באובך או בעננים, דבר ששעון שמש קלאסי לא יכול היה לעשות. למעשה, על ידי התאמת הערך ו-R2, אתה יכול אפילו לעקוב אחר תנועת הירח בשמי הלילה!

שעון השמש מקבל את החשמל שלו משלוש סוללות ניקל-קדמיום. יחד עם הפעלת המנוע, הסוללות מספקות חשמל למעגל האלקטרוני. הסוללות נטענות מפאנל סולארי קטן במהלך היום. כדי למנוע מהפאנל הסולארי לפרוק את הסוללות בלילה, כלולה דיודה חוסמת במעגל.

עיצוב שעונים

שעון השמש עשוי מיריעת פלסטיק אקרילית כגון פרספקס. תחילה גוזרים מפלסטיק עיגול בקוטר 26 ס"מ. מהחלק המרכזי שלו מסירים דיסק בקוטר 21 ס"מ. היזהרו לא לפצל את הטבעת הנותרת: היא תשמש כחוגה, והעיגול הקטן יותר ישמש "שולחן נע".

לאחר מכן חותכים ריבוע עם צלע של 17 ס"מ מיריעת פלסטיק. חותכים אותו באלכסון לשני משולשים שווה שוקיים, שישמשו כצלעות הגנומון שלנו.

כדי למנוע מאור שחודר דרך דפנות הפלסטיק השקופות להגיע אל הפוטו-גלאי, יש לצבוע אותם, רצוי מבפנים. צביעה מבפנים מאפשרת לשמר את הברק של הפלסטיק, ליצור תחושת עומק שלו ולהאריך את חיי השירות של הצבע. צבע אטום מכל צבע מתאים לצביעה.

לבסוף חותכים צלחת פלסטיק באורך 24 ס"מ וברוחב 6 ס"מ שעליה מניחים את הפאנל הסולארי. חבר סוללה של תשעה תאים סולאריים בגודל 2,5x5,3 ס"מ בסדרה וממקמים אותה לאורך הצלחת (אורך סוללה 2 ס"מ). מתח המוצא המלא של הסוללה צריך להיות 22,5V ב-4mA. בעזרת מידע זה, במידת הצורך, ניתן לשנות את מידות העיצוב של הסוללה.

כעת יש צורך לאבטח את המנוע (ציר למטה) כדי לסובב את השולחן הנייד בקוטר 21 ס"מ. ציר המנוע מועבר דרך חור שנקדח במרכז השולחן, והמנוע עצמו מאובטח לשולחן באמצעות שני ברגים או דבק.

לפני המשך העבודה יש לקדוח חור בקוטר 6 מ"מ בכל משולש. צייר קו מנטלי בין בסיס המשולש הישר זווית לקודקוד הזווית הישרה. קו זה הוא גובה המשולש אם לוקחים את התחתון כבסיס. החור נקדח כ-5 ס"מ מהקודקוד בזווית של 45° למישור המשולש לכיוון בסיסו (hypotenuse). לאחר השלמת הרכבת ה-PCB, יצורפו פוטו-טרנזיסטורים לחורים הללו.

עיצוב PCB

החלק האלקטרוני של מעגל שעון השמש ממוקם על המעגל המודפס. התבנית של מוליכי המעגל המודפס מוצגת באיור. 4, מיקום חלקים על הלוח - באיור. 5. יש להלחים את כל האלמנטים בנקודות המתאימות בלוח, למעט פוטו-טרנזיסטורים.

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ
איור 4

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ
איור 5

פוטו-טרנזיסטורים ממוקמים אחרונים. פוטוטרנזיסטור Q1 מולחם בצד אחד של ה-PCB, ו-Q2 בצד השני. השאר את מלוא האורך של מובילי הטרנזיסטור, אל תקצר אותם. כעת הלחמו את מסופי המנוע והסוללה ל-PCB.

בשלב זה, יש צורך לבצע בדיקה ראשונית של תפקודי המעגל. כופפו בזהירות את הלידים של הפוטוטרנזיסטורים כך שהטרנזיסטורים יפנו לאותו כיוון. אם המעגל מאוזן בצורה מדויקת, המכשיר צריך להיות נייח. כאשר הפוטוטרנזיסטורים סגורים לסירוגין, המנוע צריך להסתובב בכיוונים מנוגדים.

אם המנוע ממשיך להסתובב כשהוא מכוון בדיוק למקור האור, זה אומר שהמאפיינים של הפוטוטרנזיסטורים אינם תואמים. אם ההבדל קטן, ניתן לבטל אותו על ידי בחירת ערכי הנגדים ו-R2. ניתן לבדוק את איזון הגשר על ידי חיבור מד מתח לנקודת החיבור של הנגדים. אם יש חוסר איזון גדול, יש צורך לבחור phototransistors עם מאפיינים דומים.

עכשיו הגיע הזמן להרכבה הסופית של שעון השמש. הדביקו פוטוטרנזיסטור אחד לתוך החורים בקוטר 6 מ"מ שנקדחו בצדדים המשולשים. יש צורך לתקן בזהירות את הצדדים המשולשים על הפטיפון, ואז הפוטוטרנזיסטורים יופנו בזווית של 45 מעלות לאופק.

הדביקו את הדפנות המשולשות הצבועות לפטיפון בדבק אקרילי. יש למקם אותם במקביל זה לזה במרחק שווה מקצוות השולחן, מרחק זה תלוי בגודל המנוע בו נעשה שימוש.

סוללה סולארית

בזהירות, כדי לא להמיס את הפלסטיק, הלחמו את המוליכים העוברים מהפאנל הסולארי אל המעגל המודפס. לאחר מכן הדביקו את הצלחת עם הפאנל הסולארי עליה לצדדים הארוכים של הדפנות המשולשות. תראה שהקצוות של הצלחת משתרעים מעבר לצידי הלוחות המשולשים בכ-6 מ"מ. זה נעשה בכוונה.

הקצה הבולט מטיל צל על הצד של הגנומון ומטשטש מעט את הפוטוטרנזיסטור. כדי למנוע מהצלחת להופיע במקומות אלה, צבעו את הקצוות בצבע אטום.

יש צורך להימנע מקבלת צבע על החלקים שיודבקו זה לזה. עדיף לצבוע על אזורים אלו לאחר ההדבקה.

אם מותקן כהלכה, המנוע יסובב את הפטיפון בהתאם להצללה של חיישני הצילום. בעת סיבוב הפלטפורמה בכיוון ההפוך, החלף את כבלי המנוע.

לבסוף, כדי להגן על הגנומון מפני גשם ולחות, כסו את הצד הפתוח שנותר ברצועת פלסטיק בגודל 17x5 ס"מ. חלק זה גם צריך להיות צבוע מעל כדי למנוע חשיפה לא רצויה לאור.

גימור

כדי שהשעון יתחיל לעבוד, עליך לחבר את פיר המנוע לבסיס התומך. זה יכול להיות חתיכת עץ, מתכת, אבן או חומר אחר שלתוכו מוחדר ומדביק שרוול מתכת עם חור לציר המנוע.

טבעת פלסטיק גדולה, חתוכה מפלסטיק בעת הכנת הפטיפון, ממוקמת סביב שעון השמש ומשמשת לציון השעה. הוא מחובר גם לבסיס החיצוני.

שעון השמש נראה טוב אם תחילה צובעים את העיגול בצבע זהב או נחושת, ולאחר מכן מצמידים אליו 13 ספרות רומיות. התחל עם מספר VI (6) והצב את המספרים על חצי העיגול, נעים בכיוון השעון עד שתגיע שוב למספר VI (6).

שני המספרים VI (6) ממוקמים זה מול זה (בזווית של 180°), והספרה הרומית XII (12), המקבילה לצהריים, נמצאת בזווית ישרה (90°) לשני המספרים VI. למעשה, חוגת השעון דחוסה לחצי עיגול, החצי השני נשאר צלול (משמר לילה).

כדי להגדיר את שעון השמש, פשוט סובב את החוגה עד שהמצביע יראה את השעה הנכונה, ואז נעל אותו במקומו. כשהשמש נעה על פני השמים, הגנומון יעקוב אחריה.

תיקון זמן

על פי השינוי העונתי במיקום השמש בשמיים, יש הבדל קל בין הזמן האמיתי והמוצג. ניתן לתקן את השגיאה באמצעות חישובים באמצעות נתוני טבלה.

עכשיו יש לך שעון שמש מודרני עם מראה מסורתי.

שָׁעוֹן שֶׁמֶשׁ

מחבר: ביירס ט.

ראה מאמרים אחרים סעיף מקורות אנרגיה חלופיים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

עור מלאכותי לחיקוי מגע 15.04.2024

בעולם טכנולוגי מודרני בו המרחק הופך להיות נפוץ יותר ויותר, חשוב לשמור על קשר ותחושת קרבה. ההתפתחויות האחרונות בעור מלאכותי על ידי מדענים גרמנים מאוניברסיטת Saarland מייצגים עידן חדש באינטראקציות וירטואליות. חוקרים גרמנים מאוניברסיטת Saarland פיתחו סרטים דקים במיוחד שיכולים להעביר את תחושת המגע למרחקים. טכנולוגיה חדשנית זו מספקת הזדמנויות חדשות לתקשורת וירטואלית, במיוחד עבור אלה שמוצאים את עצמם רחוקים מיקיריהם. הסרטים הדקים במיוחד שפיתחו החוקרים, בעובי של 50 מיקרומטר בלבד, ניתנים לשילוב בטקסטיל וללבוש כמו עור שני. סרטים אלה פועלים כחיישנים המזהים אותות מישוש מאמא או אבא, וכמפעילים המשדרים את התנועות הללו לתינוק. הורים הנוגעים בבד מפעילים חיישנים המגיבים ללחץ ומעוותים את הסרט הדק במיוחד. זֶה ... >>

פסולת חתולים של Petgugu Global 15.04.2024

טיפול בחיות מחמד יכול להיות לעתים קרובות אתגר, במיוחד כשמדובר בשמירה על ניקיון הבית שלך. הוצג פתרון מעניין חדש של הסטארטאפ Petgugu Global, שיקל על בעלי החתולים ויעזור להם לשמור על ביתם נקי ומסודר בצורה מושלמת. הסטארט-אפ Petgugu Global חשפה אסלת חתולים ייחודית שיכולה לשטוף צואה אוטומטית, ולשמור על הבית שלכם נקי ורענן. מכשיר חדשני זה מצויד בחיישנים חכמים שונים המנטרים את פעילות האסלה של חיית המחמד שלכם ופועלים לניקוי אוטומטי לאחר השימוש. המכשיר מתחבר למערכת הביוב ומבטיח פינוי פסולת יעיל ללא צורך בהתערבות של הבעלים. בנוסף, לאסלה קיבולת אחסון גדולה הניתנת לשטיפה, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור משקי בית מרובי חתולים. קערת המלטה לחתולים של Petgugu מיועדת לשימוש עם המלטה מסיסת במים ומציעה מגוון זרמים נוספים ... >>

האטרקטיביות של גברים אכפתיים 14.04.2024

הסטריאוטיפ שנשים מעדיפות "בנים רעים" כבר מזמן נפוץ. עם זאת, מחקר עדכני שנערך על ידי מדענים בריטים מאוניברסיטת מונאש מציע נקודת מבט חדשה בנושא זה. הם בדקו כיצד נשים הגיבו לאחריות הרגשית של גברים ולנכונותם לעזור לאחרים. ממצאי המחקר עשויים לשנות את ההבנה שלנו לגבי מה הופך גברים לאטרקטיביים לנשים. מחקר שנערך על ידי מדענים מאוניברסיטת מונאש מוביל לממצאים חדשים לגבי האטרקטיביות של גברים לנשים. בניסוי הראו לנשים תצלומים של גברים עם סיפורים קצרים על התנהגותם במצבים שונים, כולל תגובתם למפגש עם חסר בית. חלק מהגברים התעלמו מההומלס, בעוד שאחרים עזרו לו, כמו לקנות לו אוכל. מחקר מצא שגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב היו מושכים יותר לנשים בהשוואה לגברים שהפגינו אמפתיה וטוב לב. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מדבקת בקרת גלוקוז 29.09.2020

צוות חוקרים מהמכון למדעי התעשייה באוניברסיטת טוקיו פיתח מדבקת מיקרו-מחטים בשילוב חיישן נייר לניטור רמות הגלוקוז.

מיקרו-מחטים הן מחטים זעירות באורך של פחות מ-1 מ"מ שהן כל כך קצרות עד שהן אינן מתקשרות עם נוירונים כשהן נכנסות לעור, כלומר אינן גורמות לכאב. הם לא חודרים את העור עד כדי דם, אבל הם יכולים לאסוף נוזל תת עורי, המכיל את רוב הסמנים הביולוגיים החשובים.

מהנדסים ברחבי העולם כבר פיתחו כמה סוגים של מיקרו-מחטים, אבל עד עכשיו, יצירת מכשיר מעשי שמנתח במהירות נוזל ומפיק תוצאה נראתה חמקמקה.

מדענים יפנים התגברו על בעיה זו על ידי פיתוח דרך לשלב מיקרו מחטים נקבוביות עם חיישני נייר. התוצאה היא בדיקה חד פעמית זולה, לא כואבת, קלה לשימוש ומעשית ביותר לאבחון טרום סוכרת או שליטה ברמות הסוכר בדם בסוכרת.

כדי לייצר מכשיר אבחון כזה, מייצרים תחילה microneedles. לשם כך, התערובת המותכת של פולימר מתכלה ומלח מוזגת לתוך החללים בצורת חרוט של המיקרו-לוח. לאחר מכן הופכים את הטופס ואת החלק התחתון של המיקרו-מחטים מניחים על דף נייר ולוחצים בלחץ. זה גורם לתערובת לחדור לנקבוביות הנייר ולאבטח את המיקרו-מחטים. לאחר פירוק התבנית, מחטים מקוררות בתמיסה מיוחדת השואבת מהן את כל המלח ומשאירה אחריהן אלפי חורים או נקבוביות שדרכן הנוזל התת עורי יכול לזרום. לבסוף, חיישן גלוקוז מנייר מחובר לבסיס הנייר של סט המיקרו-מחטים באמצעות סרט דו צדדי.

המדענים בדקו את המדבקה על ג'ל אגרוז שבו מומס גלוקוז. נוזל מהג'ל זרם דרך המיקרו-מחטים הנקבוביות לתוך מצע הנייר, ומשם אל שכבת החיישן. ריכוז הגלוקוז נרשם במדויק על ידי שינוי הצבע של חיישן הנייר.

היתרון הגדול של הטכנולוגיה החדשה הוא שהשימוש בה אינו מצריך כל ידע רפואי או הכשרה מיוחדת. בנוסף, המיקרו-מחטים מסיסות ביולוגיות ותאימות ביולוגיות, כלומר הן לא יגרמו לבעיות גם אם הן יישארו בעור לאחר הסרת החבישה.

עוד חדשות מעניינות:

▪ מערכת מתח סוללה עבור מודול LTE אלחוטי NB-IoT

▪ משאית אשפה חשמלית של וולוו FE

▪ צמח רובוט

▪ מטוס נייר עם מנוע לייזר

▪ נבטי לוטוס בני מאות שנים

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ קטע אתר התקני מחשב. בחירת מאמרים

▪ מאמר הם לא למדו כלום ולא שכחו כלום. ביטוי עממי

▪ מאמר כיצד פועלת מלכודת עכברים של Rentokil ללא כל פיתיון? תשובה מפורטת

▪ מאמר טכנאי הידראולי. תיאור משרה

▪ מאמר מזקקי שמש. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

▪ מאמר הדלקה חריגה של נר. סוד התמקדות

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר